JP2022043684A - 救命措置訓練装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】救命措置の訓練効果を高める。【解決手段】救命措置訓練装置10は、透過型スクリーン20で構成される顔面18を有する頭部14と、胴体部16とを含む人体模型12と、人体模型12の内部に設けられ、人体模型12に対する外部からの刺激を検知して検知結果を出力するセンサ40,42,44と、検知結果の時系列データに基づいて生成される生体反応のシミュレーション結果に応じて顔面の動画像を生成する制御部54と、制御部54が生成する顔面の動画像に基づく表示光56を人体模型12の内部から透過型スクリーン20に向けて投射するプロジェクタ50と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、救命措置訓練装置に関する。
人体模型を用いて心臓マッサージや人工呼吸などの救命措置を訓練するための装置が知られている。例えば、人体模型に血液の流れを模擬した発光ラインを設け、救命措置を施すことで血流が回復する様子を示すことで、訓練効果を高めることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
訓練効果をより高めるためには、救命措置の適否に応じた実際の生体反応を模擬できることが好ましい。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、救命措置の訓練効果を高める技術を提供することにある。
本発明のある態様の救命措置訓練装置は、透過型スクリーンで構成される顔面を有する頭部と、胴体部とを含む人体模型と、人体模型の内部に設けられ、人体模型に対する外部からの刺激を検知して検知結果を出力するセンサと、検知結果の時系列データに基づいて生成される生体反応のシミュレーション結果に応じて顔面の動画像を生成する制御部と、制御部が生成する顔面の動画像に基づく表示光を人体模型の内部から透過型スクリーンに向けて投射するプロジェクタと、を備える。
本発明によれば、救命措置の訓練効果を高めることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。
図1は、実施の形態に係る救命措置訓練装置10の構成を模式的に示す図である。救命措置訓練装置10は、人体模型12と、複数のセンサ40,42,44と、複数のアクチュエータ46,48と、プロジェクタ50と、表示操作部52と、制御部54とを備える。
救命措置訓練装置10は、例えば心肺停止状態の人に対する救命措置を訓練するために使用される。具体的には、人体模型12を用いて、胸骨圧迫式の心臓マッサージ、人工呼吸および自動体外式除細動器(AED)の使用といった救命措置を訓練できる。本実施の形態では、救命措置の適否に応じて救命措置が施される人の生体反応をシミュレーションし、生体反応のシミュレーション結果に応じて人体模型12の顔面18の外観を変化させる。具体的には、プロジェクタ50からの表示光56を用いて顔面18を表示することで、救命措置が施される人の表情や顔色が時間経過とともに変化していく様子を模擬する。本実施の形態によれば、救命措置がなされる人の実際的な生体反応を確認しながら訓練ができるため、訓練効果を高めることができる。
人体模型12は、頭部14と、胴体部16とを含む。頭部14は、透過型スクリーン20で構成される顔面18を有する。透過型スクリーン20は、人間の顔の立体形状を模擬するように形成され、目22、鼻24、口26および顎28などの顔面の部位に対応する立体形状を有する。透過型スクリーン20は、プロジェクタ50からの表示光56を透過および散乱させることが可能な半透明材料で構成される。透過型スクリーン20として、例えばリアプロジェクション用のスクリーンと同様の光学特性を有する材料を用いることができる。
透過型スクリーン20は、全体が肌色となるように着色されてもよい。透過型スクリーン20は、目22、鼻24、口26、顎28、頬などの顔面の部位に応じた着色が施されてもよい。透過型スクリーン20は、全体が無着色となるように構成され、例えば、全体が白色となるように構成されてもよい。透過型スクリーン20は、人の肌の質感に似た可撓性を有する材料で構成されることが好ましい。透過型スクリーン20は、硬質の材料で構成されてもよい。
頭部14の顔面18とは異なる箇所の表面は、非透光性の材料で構成される。頭部14の頭頂部や後頭部の表面は、髪を模した材料で構成されてもよい。また、胴体部16の表面や、頭部14と胴体部16を接続する首部の表面は、非透光性の材料で構成され、例えば、人間の肌を模した可撓性を有する肌色の材料で構成される。
図示していないが、人体模型12は、上肢を含んでもよい。人体模型12は、下半身を含んでもよく、全身模型であってもよい。
人体模型12の内部には、心臓モデル30、肺モデル32、鼻腔34、口腔36および気道38が設けられる。心臓モデル30は、人間の心臓を模した部位であり、胴体部16の内部に設けられる。肺モデル32は、人間の肺を模した部位であり、胴体部16の内部に設けられる。肺モデル32は、心臓モデル30を挟んだ左右の両側に設けられてもよい。鼻腔34および口腔36は、頭部14の内部に設けられ、それぞれ鼻24および口26の位置において外部に開口する。気道38は、鼻腔34および口腔36から肺モデル32に向けて延在する管である。
複数のセンサ40,42,44は、人体模型12に対する外部からの刺激を検知して検知結果を出力する。心臓圧力センサ40は、心臓モデル30の近傍または内部に設けられ、胴体部16に対する胸骨圧迫式の心臓マッサージによる刺激を検知するよう構成される。肺圧力センサ42は、肺モデル32の内部に設けられ、人工呼吸による気圧変化を検知するよう構成される。肺圧力センサ42は、気道38に設けられてもよい。肺圧力センサ42は、人工呼吸による肺モデル32の変形を検知してもよい。AEDセンサ44は、胴体部16の表面近傍に設けられ、AEDの使用による電気信号を検知するよう構成される。AEDセンサ44は、AEDの電極パッドを貼り付けすべき位置に設けられ、例えば、胴体部16の右胸の上方と左胸の下方の2箇所に設けられる。
複数のアクチュエータ46,48は、救命措置が施される人の生体反応による動きを生成する。心臓アクチュエータ46は、心臓モデル30の近傍または内部に設けられ、心臓の拍動を模擬するように動作する。肺アクチュエータ48は、肺モデル32の近傍または内部に設けられ、呼吸による肺の動きを模擬するように動作する。救命措置訓練装置10は、血管の脈動を模擬するための追加のアクチュエータを備えてもよく、人体模型12の首部や手首(不図示)などに追加のアクチュエータが設けられてもよい。
プロジェクタ50は、頭部14の内部に設けられ、人体模型12の内部から透過型スクリーン20に向けて表示光56を投射するよう構成される。プロジェクタ50は、透過型スクリーン20までの投射距離を確保するために頭部14の後頭部付近に設けられる。プロジェクタ50は、頭部14に対して固定されており、気道確保などのために頭部14を動かした場合であっても顔面18とプロジェクタ50の位置関係が不変となるように構成される。
プロジェクタ50は、制御部54が生成する顔面の動画像に基づく表示光56を生成して透過型スクリーン20に向けて投射する。プロジェクタ50は、動画像に基づいて変調されたレーザ光を二次元スキャンして投射するレーザスキャンプロジェクタであってもよい。プロジェクタ50は、動画像に基づく表示光56を投射することで、顔面18の外観を動的に変化させ、顔面18の表情や顔色などが時間経過とともに変化して見えるようにする。
表示操作部52は、救命措置訓練装置10への入力操作機能と、救命措置訓練装置10の動作状態を示すための表示機能とを提供する。表示操作部52は、例えば、タッチパネルで構成される。表示操作部52は、訓練メニューの選択や訓練の開始のための入力操作を可能にする。表示操作部52は、訓練中において、複数のセンサ40,42,44の検知結果や、複数のセンサ40,42,44の検知結果に基づく生体反応のシミュレーション結果などを表示してもよい。表示操作部52は、例えば人体模型12の外部に設けられ、有線または無線で制御部54と接続される。表示操作部52は、人体模型12の表面に取り付けられてもよく、例えば、人体模型12の腕や手(不図示)に設けられてもよい。表示操作部52は、入力操作機能および表示機能のそれぞれが別体であってもよく、操作部と表示部が別々に実装されてもよい。
制御部54は、人体模型12の内部に設けられ、救命措置訓練装置10の動作全般を制御する。制御部54は、ハードウェア的には、コンピュータのCPUやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現され、それらの連携によって実現される。したがって、制御部54の機能は、ハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
制御部54は、複数のセンサ40,42,44の検知結果の時系列データを取得する。制御部54は、取得した時系列データに基づいて、救命措置が施される人の生体反応をシミュレーションする。制御部54は、例えば、機械学習によって事前に構築された生体反応のシミュレーションモデルを有する。シミュレーションモデルは、入力である複数のセンサ40,42,44の検知結果の時系列データと、出力である生体反応のシミュレーション結果との相関関係を定義する。制御部54は、生体反応を模擬するシミュレーションモデルを用いることで、複数のセンサ40,42,44の検知結果の時系列データに基づいた生体反応のシミュレーション結果を生成する。制御部54は、例えば、心臓の動きや血流の状態といった循環器系の状態、呼吸の有無や肺の酸素量といった呼吸器系の状態、および、脳や心臓などの重要臓器に供給される酸素量などをシミュレーションし、これらの少なくとも一つをシミュレーション結果として生成する。
制御部54は、心停止状態における心臓圧力センサ40の検知結果の時系列データに基づいて、血流の状態や重要臓器に供給される酸素量をシミュレーションしてもよい。例えば、胸骨圧迫式の心臓マッサージが適切な圧力および周期で実行されることが検知される場合、シミュレーション結果は、血液が循環して重要臓器への酸素供給が継続される状態となってもよい。一方、胸骨圧迫式の心臓マッサージが適切な圧力および周期で実行されないことが検知される場合、シミュレーション結果は、血液の循環が滞って重要臓器への酸素供給が中断される状態となってもよい。
制御部54は、呼吸停止状態における肺圧力センサ42の検知結果の時系列データに基づいて、肺に残存する酸素量をシミュレーションしてもよい。例えば、適切な人工呼吸によって肺モデル32に空気が供給されることが検知される場合、シミュレーション結果は、肺の酸素量が増加する状態となってもよい。一方、適切な人工呼吸がなされていないことが検知される場合、シミュレーション結果は、肺の酸素量が徐々に低下する状態となってもよい。肺の酸素量は、生体反応のシミュレーションにおいて、血液中の酸素濃度や血流によって重要臓器へ供給される酸素量に反映されてもよい。
制御部54は、心室細動などのAEDの使用が必要となる状態におけるAEDセンサ44の検知結果の時系列データに基づいて、心臓の状態をシミュレーションしてもよい。例えば、AEDの電極パッドが適切な位置に貼り付けされてAEDが使用されたことが検知される場合、シミュレーション結果は、心室細動が除去されて正常な心拍が再開される状態となってもよい。一方、AEDの適切な使用が検知されない場合、シミュレーション結果は、心室細動が継続する状態や心停止状態となってよい。
制御部54は、心肺蘇生状態となるか死亡状態となるまでシミュレーションを継続する。例えば、重要臓器に所定の閾値以上の酸素量が一定時間にわたって継続して供給された場合、シミュレーション結果は、心拍および呼吸が再開された心肺蘇生状態となってもよい。一方、心肺停止状態において、重要臓器に所定の閾値未満の酸素量しか供給されない状態が一定時間継続した場合、シミュレーション結果は、死亡状態となってもよい。シミュレーションに用いる酸素量や時間に関する条件は、過去の症例に基づいて定めることができる。
制御部54は、訓練メニューの種類に応じて、シミュレーションの初期状態や途中経過が異なるようにしてもよい。訓練メニューの種類として、例えば、心肺停止状態に対する救命措置、呼吸停止状態に対する救命措置、心室細動の発生に対する救命措置などが用意されてもよい。また、訓練メニューの種類として、救命措置の対象となる人の年齢、体格、性別などの属性が選択できるように構成されてもよく、これらに応じて生体反応のシミュレーション結果が異なるように構成されてもよい。例えば、人の属性に応じた複数種類の生体反応のシミュレーションモデルを事前に構築しておき、人の属性を選択することでシミュレーションに用いるモデルを切り替えるようにしてもよい。その他、人の属性に応じてシミュレーションモデルの内部変数を調整できるようにモデルを構築しておいてもよい。このような人の属性に応じたシミュレーションモデルは、人の属性ごとの過去の症例に基づく機械学習によって構築されてもよい。
制御部54は、生体反応のシミュレーション結果に応じて、顔面18に表示すべき動画像を生成する。制御部54は、例えば心肺停止状態である場合、無表情の動画像を生成する。制御部54は、血流の状態や血液中の酸素濃度に応じて無表情の動画像における肌の色や唇の色を変化させてもよい。例えば、救命措置が適切になされている場合、血色が維持または改善されるように変化する動画像を生成してもよい。一方、救命措置が適切になされていない場合、血色が悪化するように変化する動画像を生成してもよい。制御部54は、心停止直後の状態において、死戦期呼吸や下顎呼吸といわれる心停止状態に特有の顔面の動きを表す動画像を生成してもよい。制御部54は、心肺蘇生状態である場合、口や目の動きを伴う動画像を生成したり、表情を有する動画像を生成したりしてもよい。制御部54は、救命措置に成功した場合、覚醒状態の動画像を生成してもよい。
制御部54が生成する顔面18の画像は、様々なパラメータを調整することによって生成されてもよい。例えば、顔面18の各部位(目22、鼻24、口26、顎28など)の動きを指定するパラメータ、顔面18の各部位の色を指定するパラメータ、および、顔面18の表情や震えを指定するためのパラメータなどが用意されてもよい。制御部54は、生体反応のシミュレーション結果に応じて、顔面18の画像を生成するためのパラメータを動的に変化させ、顔面18の動画像を生成してもよい。制御部54は、顔面の動画像を生成するための複数の表示パターンを有し、生体反応のシミュレーション結果に応じて予め設定された表示パターンを選択してもよい。各表示パターンには、顔面18の各部位の動きを指定するパラメータの組み合わせが設定されてもよい。救命措置の対象となる人の生体反応に対して顔面18の画像を生成するためのパラメータをどのように調整するかは、過去の症例に基づく機械学習などによって決定されてもよい。
制御部54は、顔面18を構成する透過型スクリーン20に着色が施されている場合、透過型スクリーン20の着色に応じて顔面の動画像の色を補正して色補正された動画像を生成する。制御部54は、例えば、透過型スクリーン20の着色に対応する顔面の基準画像を保持し、生体反応のシミュレーションに基づいて生成される顔面18の動画像から基準画像を差し引くことで色補正された動画像を生成する。顔面の基準画像は、画素ごとに色が異なるよう構成されてもよく、例えば、顔面18の部位に応じて色が異なってもよい。顔面の基準画像は、一部の画素のみに色があるように構成されてもよい。プロジェクタ50が色補正された動画像に基づく表示光56を投射することで、着色された透過型スクリーン20に色補正された動画像が重畳される。その結果、顔面18の外観を元の色補正されていない動画像と同様の見ためにすることができる。なお、顔面の動画像の色補正は、減算処理に限られず、色補正のために任意の画像処理が適用されてもよい。例えば、色補正前の顔面画像と色補正後の顔面画像の相関を画素ごとに定めるフィルタ画像を適用することで、顔面18の動画像に色補正がなされてもよい。
制御部54は、生体反応のシミュレーション結果に応じて、複数のアクチュエータ46,48の動作を制御する。制御部54は、例えば、生体反応のシミュレーション結果として心肺の動作を示す時系列データを生成し、生成した心肺の動作を示す時系列データに基づいて心臓アクチュエータ46や肺アクチュエータ48を動作させる。これにより、シミュレーションされた心肺の動作に対応した心臓の拍動や呼吸動作が模擬されるようにする。制御部54は、例えば、シミュレーション結果として心電図データを生成し、生成した心電図データに対応する心臓の拍動が模擬されるように心臓アクチュエータ46を動作させてもよい。制御部54は、シミュレーション結果として心臓アクチュエータ46の駆動信号を生成し、生成した駆動信号に基づいて心臓アクチュエータ46を動作させてもよい。
制御部54は、生体反応のシミュレーション結果に基づいて、表示操作部52の表示を制御する。制御部54は、心拍数や心電図といった心臓の動きを示す情報を表示操作部52に表示してもよい。制御部54は、呼吸のリズムや回数を示す情報を表示操作部52に表示してもよい。制御部54は、複数のセンサ40,42,44の検知結果を表示操作部52に表示してもよく、胸骨圧迫式の心臓マッサージ、人工呼吸およびAED操作の回数や適否を示す情報を表示してもよい。
つづいて、救命措置訓練装置10の使用方法の一例を説明する。まず、人体模型12を適切な場所に配置し、表示操作部52を操作して訓練メニューを選択する。表示操作部52を通じて訓練を開始させると、訓練メニューに応じた初期状態のシミュレーション結果に応じた表情および血色の顔面18が表示される。訓練開始時には、健康な状態から重篤な状態に変化していく過程に対応する顔面18の動画像が表示されてもよい。また、初期状態のシミュレーション結果に基づいて、複数のアクチュエータ46,48の動作が制御される。
訓練者は、顔面18に表示される表情や血色、複数のアクチュエータ46,48の動作に基づく心臓の動きや呼吸の状態を確認し、生体反応のシミュレーション結果を診断し、適切な救命措置を開始する。例えば、心肺停止状態であると診断した場合、胸骨圧迫式の心臓マッサージを開始するとともに、可能であれば人工呼吸を開始する。また、AEDを準備し、AEDの電極パッドを所定の位置に貼り付けてAEDを動作させる。
制御部54は、複数のセンサ40,42,44の検知結果の時系列データに基づいて、生体反応をシミュレーションする。訓練者の救命措置が適切に実施されていれば、血色が徐々に回復するように顔面18の表示を変化させる。また、訓練者の救命措置が適切に継続されていれば、複数のアクチュエータ46,48を動作させて心拍や呼吸を再開させたり、口や目の動きを伴うように顔面18を動的に表示させたりして、心肺蘇生の成功を模擬する。一方、訓練者の救命措置が適切に実施されていなければ、血色が悪化するように顔面18の表示を変化させる。
本実施の形態によれば、救命措置の対象となる人の生体反応のシミュレーション結果に応じて顔面18の表示が動的に変化するため、救命措置の適否に応じた実際の生体反応を分かりやすく訓練者に示すことができる。救命措置に成功した場合には、徐々に血色が回復して生き生きとした表情が顔面18に戻ることとなり、成功体験をよりリアルに味わうことができる。その結果、表情に変化のない訓練装置を用いる場合に比べて、訓練の成功体験を訓練者により深く意識付けることができ、訓練効果を高めることができる。
本実施の形態によれば、頭部14の内部に固定されるプロジェクタ50を用いて顔面18を表示するため、頭部14を動かして気道確保をしたり、頭部14に触れて人工呼吸をしたりする場合であっても、これらの救命措置を阻害することなく顔面18の表示を継続できる。
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に示す各構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。
上述の実施の形態では、人体模型12の内部に設けられる制御部54において生体反応のシミュレーションを実行する場合について示した。別の実施の形態では、救命措置訓練装置10とは別体の外部サーバにおいて、生体反応のシミュレーションを実行してもよい。制御部54は、センサ40,42,44の検知結果を外部サーバに送信し、外部サーバから生体反応のシミュレーション結果を取得してもよい。さらに別の実施の形態では、外部サーバにて顔面18の動画像を生成してもよく、制御部54は、外部サーバで生成される顔面18の動画像を取得することで、プロジェクタ50が用いる動画像を生成してもよい。
上述の実施の形態では、心肺停止状態に対する総合的な救命措置の訓練を実施するための訓練メニューについて説明した。別の実施の形態では、特定の救命措置に特化した訓練メニューが用意されてもよい。例えば、胸骨圧迫式の心臓マッサージのみを適切に実施するための訓練メニューや、AEDを適切に扱うことに特化した訓練メニューなどが用意されてもよい。
10…救命措置訓練装置、12…人体模型、14…頭部、16…胴体部、18…顔面、20…透過型スクリーン、40…心臓圧力センサ、42…肺圧力センサ、44…AEDセンサ、46…心臓アクチュエータ、48…肺アクチュエータ、50…プロジェクタ、52…表示操作部、54…制御部、56…表示光。
Claims (4)
- 透過型スクリーンで構成される顔面を有する頭部と、胴体部とを含む人体模型と、
前記人体模型の内部に設けられ、前記人体模型に対する外部からの刺激を検知して検知結果を出力するセンサと、
前記検知結果の時系列データに基づいて生成される生体反応のシミュレーション結果に応じて顔面の動画像を生成する制御部と、
前記制御部が生成する顔面の動画像に基づく表示光を前記人体模型の内部から前記透過型スクリーンに向けて投射するプロジェクタと、を備えることを特徴とする救命措置訓練装置。 - 前記透過型スクリーンは、顔面の部位に応じた着色が施されており、
前記制御部は、前記生体反応のシミュレーション結果に応じて生成される顔面の動画像の色を前記透過型スクリーンの着色に応じて補正し、顔面の色補正された動画像を生成し、
前記プロジェクタは、前記制御部が生成する顔面の色補正された動画像に基づく表示光を投射することを特徴とする請求項1に記載の救命措置訓練装置。 - 前記人体模型の内部に設けられ、心拍および呼吸の少なくとも一方の動作を模擬するアクチュエータをさらに備え、
前記生体反応のシミュレーション結果は、心拍および呼吸の少なくとも一方の動作を示す時系列データを含み、
前記制御部は、心拍および呼吸の少なくとも一方の動作を示す前記時系列データに基づいて前記アクチュエータの動作を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の救命措置訓練装置。 - 救命措置に関する訓練メニューを選択するための操作部をさらに備え、
前記制御部は、前記操作部により選択された訓練メニューに応じた救命措置の実施による刺激の検知結果に基づいて前記生体反応のシミュレーション結果が変化した場合、前記生体反応のシミュレーション結果の変化に応じて変化する顔面の動画像を生成することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の救命措置訓練装置。
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CN114999261A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-09-02 | 信阳职业技术学院 | 一种婴幼儿推拿手法的数据采集装置及自动考评系统 |
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